• Главная
  •  > 
  • Отношения
  •  > 
  • Формирование циклона. Стадии развития циклонов умеренных широт

Формирование циклона. Стадии развития циклонов умеренных широт

В жизни циклона выделяют несколько стадий развития:

1. Начальная стадия циклона (стадия волны),

2. Стадия молодого циклона,

3. Стадия максимального развития циклона,

4. Стадия заполнения (окклюдирования) циклона.

Для начальной стадии развития циклона, длящейся примерно сутки, характерен процесс от первых признаков возникновения до появления первой замкнутой изобары на приземной карте погоды. Разность давления между центром и периферией составляет не более 5-10 мб. На высотах вихри в начальной стадии не прослеживаются.

Во второй стадии развития, продолжительность которой также обычно не более суток, циклоны имеют уже не менее 2-х замкнутых изобар. Термобарическое поле деформируется, циклон углубляется, превращается в мощный атмосферный вихрь со значительными скоростями ветра. Циклоническая циркуляция распространяется в верхние слои атмосферы.

Третья стадия характеризуется наименьшим давлением в центре циклона. Продолжительность стадии не более 12-24 ч.

В последней стадии циклон заполняется. У поверхности Земли в центре циклона давление повышается. Горизонтальные градиенты давления и скорости ветра постепенно уменьшаются. Данная стадия наиболее продолжительна - 4 суток и более.

Практический опыт синоптика показывает, что наиболее благоприятные условия для развития циклона складываются, когда приземный центр его располагается под передней частью высотной барической ложбины на АТ500, при наличии значительных горизонтальных градиентов геопотенциала (высотная фронтальная зона). Усиливающим эффектом является расходимость изогипс при их циклонической кривизне изогипс, которая по потоку уменьшается. Здесь происходит разрежение воздушных масс, что обусловливает динамическое падение давления.

При повышении температуры в вышележащем слое атмосферы, т.е. при адвекции тепла давление у Земли понижается. Наибольшая адвекция тепла обычно имеет место в передней части циклонов, где происходит адвективное понижение давления, и где формируется область восходящих движений воздуха. Наибольшая адвекция холода наблюдается за холодным фронтом в тылу циклона, адвективное повышение давления и где формируется область нисходящих движений воздуха.

Адвекция (от лат. advectio доставка) в метеорологии перемещение воздуха в горизонтальном направлении и перенос вместе с ним его свойств: температуры, влажности и других.

Начальная стадия циклона (стадия волны)

Длительность начальной стадии циклона от первых признаков возникновения барического образования до появления первой замкнутой изобары на приземной карте погоды - примерно сутки. При возникновении волны на фронте в передней ее части (по направлению движения) фронт приобретает характер теплого, а в тыловой - характер холодного. Если волна неустойчива, она в дальнейшем развивается в циклон, это связано с образованием области пониженного давления и начавшимся циклоническим завихрением воздушного потока. Благодаря сравнительна небольшому волнообразному возмущению фронта (см. рис. 1.1), эта первая стадия развития циклона получила название стадии волны.


Рис. 1.1.

При образовании волнового возмущения облачная полоса, соответствующая фронту, расширяется на участке фронта протяженностью в несколько сотен километров. Расширение обычно наблюдается в сторону холодного воздуха. При дальнейшем развитии волны появляется изгиб облачной полосы в сторону холодного воздуха. Искривление у вершины волны сопровождается уплотнением облаков. Наиболее мощная, а на снимках более яркая, светлая облачность располагается непосредственно над вершиной волны, где наиболее интенсивны восходящие движения воздуха. В передней части облачного массива слоистообразные облака приобретают полосную структуру. Облачные полосы совпадают с направлением правого вертикального сдвига ветра в средней атмосфере. В холодном воздухе за сравнительно широкой полосой фронтальной облачности иногда можно наблюдать одну, две или несколько дугообразных облачных полос, как бы повторяющих искривление основной фронтальной полосы.В теплом воздухе возле фронта относительно мало облаков, но при возникновении волны иногда появляются облачные полосы.

Погода в области циклонической волны определяется наличием в этой области теплого и холодного фронтов. В зоне теплого фронта образуется слоистодождевая облачность большой вертикальной мощности. Наибольшая вертикальная мощность этих облаков обычно наблюдается около вершины волны. Верхняя граница облаков может достигать высоты 6-8 км, а в ряде случаев располагается еще выше. Нулевая изотерма даже в теплое время года располагается внутри облачной системы, вследствие чего в области отрицательных температур в облаках возможно обледенение самолета. Перед теплым фронтом широкой полосой выпадают обложные осадки (летом при развитии куче- водождевых облаков нередки ливневые осадки), сильно ухудшающие видимость. В результате этого в зоне влияния теплого фронта обычно создаются сложные метеорологические условия полетов. Холодный фронт в области волны в большинстве случаев является холодным фронтом 2-го рода с типичн"ой для этого фронта системой облачности и осадков, описанных в предыдущей главе. Отличительной чертой волновой стадии является то, что такой характер погоды наблюдается на сравнительно небольшом участке первоначально стационарного фронта.

Циклон — атмосферный вихрь с низким давлением в центре. Ветры в циклоне в северном полушарии дуют против часовой стрелки, и в нижнем слое отклоняются к центру, в южном полушарии — по часовой стрелке.

Циклоны постоянно и естественно появляются из-за вращения Земли, благодаря силе Кориолиса. Прохождение циклона связано с образованием мощной облачности и выпадением осадков.

Различают два основных вида циклонов — внетропические и тропические. Первые образуются в умеренных или полярных широтах и имеют диаметр от тысячи километров в начале развития, и до нескольких тысяч в случае так называемого центрального циклона. Вторые образуются в тропических широтах и имеют меньшие размеры (сотни, редко — более тысячи километров), но большие барические градиенты и скорости ветра, доходящие до штормовых. Тропические циклоны могут в процессе своего развития превращаться в внетропические.

Ниже 8-10 ° северной и южной широты циклоны возникают очень редко, а в непосредственной близости от экватора — не возникают вовсе.

Циклоны возникают не только в атмосфере Земли, но и в атмосферах других планет. Например, в атмосфере Юпитера уже много лет наблюдается так называемая Большое красное пятно, что является, по всей видимости, длительным циклоном. Однако, циклоны в атмосферах других планет изучены недостаточно. Циклогенéз — образование циклона, в умеренных широтах возникает на фронтах.

Циклогенез — развитие или усиление циклонической циркуляции в атмосфере (область низкого давления). Это общий термин для нескольких различных процессов, все приводят к развитию какого-то одного вида циклона.

Различают два основных вида циклонов — внетропические и тропические . Первые образуются в умеренных или полярных широтах и имеют диаметр от тысячи километров в начале развития, и до нескольких тысяч в случае так называемого центрального циклона. Внетропические циклоны формируются в виде волн вдоль погодных фронтов, прежде чем эти фронта сомкнутся на фронт окклюзии, который позже сформирует в их жизненном цикле холодное ядро циклона.

Тропические циклоны образуются в связи с наличием большого количества скрытой теплоты, обусловливая большую грозовую активность и ядра тепла. Они могут быть чрезвычайно опасными. В основном для формирования тропического циклона нужна температура приповерхностного слоя океанской воды минимум 26,5 ° C на глубине как минимум до 50 м. Другим необходимым фактором является быстрое охлаждение воздуха с высотой, что позволяет высвобождение энергии конденсации, главного источника энергии тропического циклона. Также для образования тропического циклона необходима высокая влажность воздуха в нижних и средних слоях тропосферы; при условии большого количества влаги в воздухе условия благоприятные для образования нестабильности.

Основные теории формирования

Представление о механизме возникновения циклонов до 20-го века не отличались ясностью и были весьма упрощенными. В 20 веке были развиты термическая (конденсационная), механическая, волновая, дивергентная, адвективные-динамическая теории формирования циклонов, которые были более полными, но продолжали быть недостаточно полными и не учитывали всех факторов.

Сейчас установлено, что подавляющее большинство циклонов, которые возникают в умеренных широтах, является фронтальными волновыми возмущениями.

Фронтальные циклоны (и антициклоны ) является результатом возникновения на тропосферной фронте динамично неустойчивых бароклинных волн. Бароклинных неустойчивость определяется как динамическая неустойчивость в основном переносе в атмосфере, связана с наличием меридионального градиента температуры, и, следовательно, термического ветра. Атмосфера при этом находится в квазигеострофичний равновесии (состояние движения, при котором горизонтальная составляющая силы вращения Земли уравновешивает силу горизонтального барического градиента во всех точках поля, то есть в точках поля геострофических, что может быть принято в свободной атмосфере, за исключением экваториальных широт) и обладает статической устойчивостью.

Стадия возникновения

Продолжительность стадии возникновения циклона длится от первых признаков возникновения барического образования до появления первой замкнутой изобары на приземной карте погоды. Процесс длится примерно сутки. В начальной стадии развития циклонические градиенты давления и ветра слабые, атмосферный фронт слабо возмущенное. Циклон в начальной стадии — обычно низкое барическое образования.

Стадии молодого фронтального циклона соответствует деформация передней облачной полосы. В месте возникновения волны, в передней части, облачная полоса расширяется в сторону холодного воздуха и обнаруживает антициклонный изгиб (в сторону холодного воздуха). Здесь в результате восходящего скольжения теплого воздуха начинает формироваться облачная полоса теплого фронта. На северной периферии облачности теплого фронта видно выбросы перистых облаков, что свидетельствует об активном процессе циклогенеза. В тылу волны — циклоническая изгибе, формируется холодный фронт.

В отличие от слаборазвитой волны, полосы перистой облачности впереди активной волны свидетельствуют о том, что здесь в верхней половине тропосферы происходит вынос теплого воздуха и формируется тепловой гребень. В тылу активной волны облачная полоса сужается и прогибается в сторону теплого воздуха. Здесь в нижней половине тропосферы распространяется холодный воздух, и формируется термическая ложбина.

Таким образом, образуются соединены области адвекции холода и адвекции тепла, так называемая адвективные термическая пара. Чем значительнее горизонтальный градиент адвекции в области волны, тем интенсивнее будет протекать циклогенез и развиваться облачность. У поверхности Земли атмосферное давление падает, появляются замкнутые изобары, увеличивается зона осадков.

Формирования циклона на стационарном атмосферном фронте указывает, что в следующие сутки увеличатся градиенты температуры и усилятся осадки на теплом фронте. На холодном фронте погодные условия существенно не изменятся.

Атмосферные возмущения внетропических широт - циклоны и антициклоны - возникают преимущественно на главных атмосферных фронтах, т.е. на фронтах между полярным (умеренным) и тропическим воздухом или между арктическим и полярным воздухом.

Лишь незначительная часть слаборазвитых и малоподвижных вихрей возникает под непосредственным тепловым воздействием ПП. Возникновение на поверхности главных фронтов огромных волн с длинами порядка 1000 км и более может привести к разрыву температуры и ветра на фронте, а отклоняющая сила вращения Земли, действующая на воздушные потоки, способствует зарождению мезомасштабных вихрей - циклонов и антициклонов.

Антициклоны зарождаются в гребнях сверхдлинных атмосферных волн на малоподвижном фронте. Анализ синоптических ситуаций показывает, что промежуточные антициклоны зарождаются в холодной воздушной массе за холодным фронтом последнего в серии циклона. В центральных частях антициклонов атмосферные фронты проходить не могут, хотя некоторая температурная асимметрия в них сохраняется. На перифериях антициклонов могут проходить линии атмосферных фронтов.

Антициклоны в процессе своего развития проходят три стадии: зарождения, максимального развития и разрушения. На первой стадии своего развития антициклоны являются низкими барическими образованиями в виде гребней без замкнутых изобар. Адвективный рост давления обусловливается поступлением холодного воздуха впереди оси гребня. В стадии максимального развития антициклоны имеют несколько замкнутых изобар.

Заключительная стадия антициклонов (стадия разрушения) характеризуется термической симметрией: антициклон становится высоким барическим образованием.

Антициклоны занимают огромные площади материков или океанов (3000 -4000 км в диаметре). Особенно мощные антициклоны формируются зимой над материками, а летом - в субтропических районах Тихого и Атлантического океанов. В большинстве случаев давление в центре антициклона над поверхностью составляет 1020 - 1030 гПа. Центральные области антициклонов характеризуются небольшими градиентами давления. К периферии градиенты возрастают и, следовательно, растут скорости ветра. Наибольшие скорости ветра чаще всего наблюдаются в северо-восточной и восточной перифериях антициклонов, наименьшие - в западной.

Антициклоны перемещаются в основном с запада на восток с меньшими, чем у циклонов, скоростями. Средние скорости движения антициклонов составляют 25-30 км/ч, но могут достигать и больших значений (50-80 км/ч). С развитием антициклонов скорости перемещения их падают, и они становятся малоподвижными барическими образованиями. Повторяемость антициклонов в теплую половину года над океанами больше, чем в холодную.



Рассмотренные схемы зарождения и развития циклонов и антициклонов отражают лишь главные их черты. В реальных условиях могут быть значительные отклонения от этих схем. Необязательно циклон проходит все четыре стадии развития. Начальная стадия его - стадия фронтальной волны - может иметь место на медленно перемещающихся холодных, а иногда и теплых фронтах.

Вследствие вторичной термической асимметрии отличия могут быть и в последней стадии развития циклона, когда циклон может углубляться и после окклюзии. Особенно часто это происходит в тех случаях, когда холодный воздух в. тылу циклона теплее, чем в передней части его.

Углубление циклонов (нередко до 950 - 960 гПа) за счет вторичной термической асимметрии приводят к увеличению длительности жизни циклонов.

Особенно глубокие циклоны со штормовыми ветрами зарождаются в тех случаях, когда в процессе циклонообразования участвуют воздушные массы трех основных типов: ТВ, ПВ (УВ) и АВ. Такие циклоны чаше зарождаются в холодное время над Северной Атлантикой и северо-восточной частью Тихого океана.

№53,54.Погода в циклонах и антициклонах.

Обычно циклонический тип пoгоды связывают с пасмурной, с осадками и сильными ветрами погодой. Антициклоны, напротив, отождествляют с малооблачной без осадков и слабыми ветрами погодой. Однако такое представление является весьма общим, во-первых, потому, что погодные условия в этих крупномасштабных вихрях зависит от сектора, где находится судно относительно их центров, и, во-вторых, от индивиду-альных особенностей циклонов и антициклонов.



Погодные условия во внетропических циклонах определяются свойствами воздушных масс, интенсивностью циклонов и активностью фронтов, скоростями вертикальных движений воздуха, географическими особенностями района, сезоном года, свойствами подстилающей поверхности, стадией их развития и т.д.

Наиболее типичный циклонический характер погоды выражается в молодом циклоне. В этом случае выделяют три зоны с резко отличающимися условиями погоды

Зона 1 - передняя и центральная части циклона. Погодные условия здесь обусловливаются холодной устойчивой воздушной массой и приближающимся теплым фронтом. При быстром углублении циклона и значительной влажности воздуха образуются слоисто-дождевые облака, нередко захватывающие вершину теплого сектора, из которых выпадают интенсивные осад-

ки. Зимой в таких случаях может наблюдаться резко ухудшение видимости,а летом возможна гроза. При низких значениях влажности воздуха облачная система не успевает полностью развиться, поэтому осадки в этом случае менее интенсивны и чаще носят моросящий характер.

Зона 2 - тыловая часть циклона за холодным фронтом.погода здесь обусловлена

ливается холодной неустойчивой воздушной массой и свойствами холодного фронта

фронта. При высокой влажности и значительной неустойчивости в этой зоне холодного выпадают осадки и нередки грозы. В непосредственно близости от фронта ветер шквалистый, возможны смерчи. По мере прояснения (за линией холодного фронта)видимость улучшается и может быть значительной(особенно в Ное время года при плавании в полярных морях), атмосферное давление растёт Зона 3 - теплый сектор между фронтами. Характер погоды здесь обусловливается теплой устойчивой воздушной массой: пасмурно, сплошная или значительная слоистая или слоисто-дождевая облачность, обложные и моросящие осадки, адвективные туманы, плохая видимость, умеренные и слабые ветры, низкое давление (ровный ход или слабое падение). Высокие и длинные волны зыби, зимой возможно обледенение. В молодом циклоне теплый воздух движется быстрее, чем перемещается сам вихрь, поэтому все новые и новые порции теплого воздуха притекают к циклону, опускаются по клину холодного воздуха в тылу его и восходит в передней части. Постепенно теплый сектор циклона суживается и наступает момент, когда движущийся быстрее холодный фронт (скорость его движения составляет 0,8 скорости геострофического ветра) нагоняет теплый и смыкается с ним. Центральные районе циклона у поверхности земли заполняются холодным воздухом, а теплый сектор оттесняется в более высокие слои. Это и есть процесс окклюзии циклона.

В окклюдированном циклоне можно выделить зоны преобладающих условий погоды аналогично типизации ее в молодом циклоне. В отличие от молодого циклона теплый сектор в окклюдированном циклоне либо полностью отсутствует, либо располагается на периферии циклона. Поэтому в окклюдированном циклоне практически выделяют лишь две зоны преобладающих условий погоды: обширная передняя область циклона перед фронтом окклюзии и тыловая часть за фронтом окклюзии. Условия погоды здесь определяются свойствами воздушных масс по обе стороны от фронта окклюзии. Характер погоды в передней части окклюдированного циклона в холодное время года определяется теплым фронтом окклюзии, а в теплое время года - холодным фронтом окклюзии. Условия погоды в тыловой части окклюдированного циклона схожи с условиями погоды в тыловой части молодого циклона. По мере заполнения циклона зона осадков распадается на отдельные участки, фронты размываются, и

условия погоды постепенно выравниваются во всех сектора циклона.

Скорость ветра в циклоне достигает максимума сразу после начала окклюдирования. Область наибольших скоростей ветра располагается на расстоянии 1/3 радиуса вихря вблизи холодного атмосферного фронта. Начало окклюдирования циклона является поворотным моментом в его раз-

витии. Барическая депрессия достигает наибольшей глубины у земной поверхности и циклон становится высоким холодным барическим образованием. В дальнейшем наступает стадия заполнения циклона: атмосферное давление начинает расти, скорость света и количество изобар уменьшается от срока к сроку.

Погода в анти циклоне. В антициклоне различают 6 типов погоды.

Центральная часть антициклона характеризуется 2 типами погоды:основным и дополнительным. Интенсивные нисходящие движения воздуха (оседание) в центральной части антициклона приводят к тому, что здесь преобладает ясная, малооблачная погода, слабые ветры или штили, морозная зимой и жаркая (тёплая) летом. Но если а. находится в своей последней стадии – стадии разрушения, то под слоем инверсии, вызываемой адиабатическим нагреванием опускающегося воздуха, может наблюдаться значительная и сплошная облачность слоисто-кучевых и слоистых форм, нередки туманы, над крупными пром. городами – смог. В зимнее время здесь умеренная холодная погода со слабыми снегопадами. Летом при доп.типе нередко наблюдается душная, влажная погода.

Погодные условия на перифериях хорошо развитых антициклонов сходны с условиями погоды в примыкающих к ним секторах соседних циклонов. Например, восточная (Е) периферия антициклона примыкает к тыловой части циклона за холодным его фронтом, потому здесь могут развиваться кучевообразные облака, возможны ливни, грозы, порывистый и шквалистый ветер и т.д.Западная (W) периферия, напротив, примыкает к передней части циклона, и погода здесь будет обусловливаться холодной устойчивой воздушной массой и приближающимся теплым фронтом. Перистые облака сменяются перисто-слоистыми, затем высокослоистыми и, наконец, слоистыми и слоисто-дождевыми. В холодное время года здесь нередко выпадает снег. Северная периферия антициклона, как правило, примыкает к теплому сектору циклона и в этих районах наблюдаются низкие (400 - 800 м) слоистые и слоисто-дождевые облака с моросящими и обложенными осадками, нередки адвективные туманы, особенно в районах теплых океанских течений. В южной части наблюдаются перистые, перисто-слоистые, а иногда высокослоистые и слоистые облака, обусловленные северной частью циклона или его теплым фронтом.

Малоподвижные и длительное время существующие антициклоны отличаются наличием накапливающихся фронтальных разделов на западной периферии, которые обладают большими термодинамическими градиентами, а следовательно, и сильными ветрами, мощными облачными системами, осадками, грозами.

Процессы, при которых начавшееся заполнение циклона сменяется углублением, а разрушение антициклона сменяется усилением, называются регенерацией барических образований.

Регенерация циклонов происходит в следующих случаях:

    В первом случае (I тип) – при вхождении (втягивании) в заполняющийся циклон нового основного фронта (рис. 3.11);

    Во втором случае (II тип) – при образовании и развитии вблизи центра заполняющегося циклона нового циклона с последующим слиянием обоих центров.

Рис.3.11. Схема регенерации циклона по Iтипу

I – вначальный период и II – вконечный период

По I типу регенерации циклона (рис. 3.11) осуществляется заток холодного воздуха в тыл заполняющегося циклона. При этом процессе создаются дополнительные контрасты температуры, и нарушается установившаяся температурная симметрия в окрестностях центра этого циклона. На новом основном фронте возникает, но существу, самостоятельный циклон, развитие которого происходит на фоне старого циклона.

По II типу регенерации циклона (рис.3.12) циклон, возникший на холодном фронте, заполняющегося малоподвижного циклона, развиваясь и углубляясь, смешается в его направлении. При этом барическое поле перестраивается таким образом, что старый циклон быстро заполняется, а на его месте оказывается новый углубляющийся циклон.

Рис. 3.12. Схема регенерации циклона по II типу.

I – начальный этап; II – конечный этап

Регенерация антициклонов происходит при следующих условиях:

– В первом случае (I тип) – при слиянии заключительного антициклона с малоподвижным старым антициклоном;

– Во втором случае (II тип) – при развитии нового антициклона в отроге существующего.

Регенерация антициклона происходит в случае, когда в термобарическом поле наблюдается новое возрастание горизонтальных градиентов температуры и создаются условия благоприятные для антициклогенеза. Оба процесса регенерации имеют общую основу – старый разрушающийся малоподвижный антициклон (рис.3.13).

Рис. 3.13. Регенерация антициклона по II типу

I – начальный этап; II –промежуточный этап; III – окончательный этап

В рассмотренных процессах регенерации циклонов (антициклонов) новое барическое образование, развиваясь на фоне старого, проходит все стадии, как и любое вновь образованное. Своеобразие процесса регенерации заключается в том, что термобарическое поле в этом случае соответствует старому ослабевающему барическому образованию.

3.3 Тропические циклоны

Общие сведения. Тропические циклоны наиболее мощные, обладающие огромной разрушительной силой и энергией явления природы. Циклон за сутки выделяет энергию равную5·10 16 кДж , что эквивалентно 500 тысячам атомных бомб, сброшенных американцами в августе 1945 года на японские города Хиросима и Нагасаки.

Во время урагана в сентябре 1932 года в районе Пуэрто-Рико выпало 2,5·10 9 т осадков. Мощнейший ураган "Сэнди" обрушился на западное побережье Северной Америки в октябре 2012 года.

Обладая огромной энергией, тропические циклоны, проходя над островами и прибрежными районами, вызывают катастрофические разрушениями и гибель большого количества людей. Такие разрушения вызывают ураганные ветры скорость которых достигает до 100 м/с , штормовые волны и катастрофические наводнения, связанные с сильными ливнями и нагонами воды, достигают в узких заливах, бухтах, устьях рек высоты 8 – 10 м .

Тропические циклоны, достигшие максимальной интенсивности, имеют свое местное название – тайфун, ураган, вили-велли (Австралия), вили-вау (Океания), багио (Филиппины) и др.

Циклоны, достигшие ураганной силы, называют женскими именами, а с 1977 года и мужскими.

В Тихом океане, кроме имени, для каждого циклона указывают год возникновения и порядковый номер (Например: 7809 – 1978 г. № 9 Zn).

Районы возникновения и траектории движения. Тропические циклоны наиболее часто образуются в широтных зонах от 10° до 20° по обе стороны от экватора. Наибольшее число циклонов возникает в северной части тропической зоны Тихого океана (около 30 циклонов в год) и Атлантического океана (около 10 циклонов в год). В Индийском океане чаще всего они возникают в Бенгальском заливе, Аравийском море и в районах Маскаренских островов и восточнее острова Мадагаскара .

Тропические циклоны образуются практически в любое время года. Максимум повторяемости их зарождения приходится на август – сентябрь в северных частях Тихого и Атлантического океанов, на май и ноябрь в Бенгальском заливе и Аравийском море и на январь в юго-западной части Тихого океана.

Тропические циклоны, зарождаясь на южных перифериях Азорского антициклона в Атлантическом океане и Гонолульского антициклона в Тихом океане, перемещаются в западном направлении, и по мере приближения к восточным берегам Северной Америки и Азии, поворачивают к северо-западу, северу , и затем, утратив свою энергию, к северо-востоку , уже как обычные циклоны .

Когда тропические циклоны выходят вглубь материка на 100 – 200 км , интенсивность их существенно уменьшается. Скорость их движения составляет около 20 км/ч . Время существования таких циклонов 2 ÷ 18 суток. Траектория тайфунов и ураганов представляет собой гигантскую параболу с вершиной в районе широты 20°, где циклон достигает стадии зрелости. В этой стадии давление в центре достигает минимальных значений 950 – 960 гПа , с абсолютным минимумом 875 гПа , максимальной скорости ветра и интенсивности ливней.

Достигнув стадии зрелости, циклон начинает заполняться и увеличивать скорость перемещения до 30 – 40 км/ч.

Строение и погодные условии в тропических циклонах. Размеры тропических циклонов по вертикали достигают 8–15 км . Горизонтальные размеры невелики по сравнению с циклонами умеренных широт и составляют 80 ÷ 1000 км .

Перепад давлений между центром и окраинами тропического циклона составляет

14÷17 гПа/100 км , максимальное значение может составлять60 гПа/100 км .

Максимальная скорость ветра в тропическом циклоне составляет 90 м/с , а полученная по косвенным оценкам – 110 м/с (рис. 3.14). Скорость ветра в тропическом циклоне по горизонтали распределена неравномерно.

Рис. 3.14.График изменения скорости ветра в тропическом циклоне

В центральной части циклона (диаметром 20÷50 км ), называемой «глазом бури », скорость ветра невелика и ветер неустойчив по направлению (см. рис. 3.15). В центре циклона наблюдается облачность верхнего яруса или безоблачная погода, может также наблюдаться стоячая волна высотой до 10 м . «Глаз бури» занимает не более 1% от всей площади циклона.

Движение воздуха в тропических циклонах происходит также как и в циклонах умеренных широт.

Возникающие, под влиянием сходимости потоков, упорядоченные восходящие потоки во влажно-неустойчивом воздухе, способствуют формированию в этих циклонах кучево-дождевых и других форм облаков , которые стеной опоясывают "Глаз бури". Ширина этой стены облаков (см. рис. 3.15) составляет несколько сотен километров и совпадает с поясом катастрофических скоростей ветра. По высоте облака простираются от 300 – 500 м до 12 – 15 км .

Рис.3.15. Вертикальный разрез тропического циклона

Ливневые осадки , выпадающие из этих облаков, чрезвычайно интенсивны. За время прохождения циклона через пункт наблюдения выпадает в среднем до 500 мм , а в исключительных случаях до 2500 мм осадков.

Тропические циклоны возникают только там, где температура воды на поверхности океана достигает 26°÷27°С и при высокой относительной влажности воздуха. Такие циклоны зарождаются только в тех случаях, когда наблюдается вторжение холодного воздуха в средней и верхней тропосфере с севера в низкие широты Индийского океана. Это способствует увеличению термической неустойчивости и возникновению интенсивных конвективных движений воздуха.

В процессе движения происходит заток холодного воздуха в область циклона преимущественно в средней и верхней тропосфере в виде струй. Под влиянием затока воздуха циклон углубляется и приобретает составляющую скорости движения, которая, накладываясь на скорость ведущего потока, приводит к очень сложному виду траектории.

Зарождению тропических циклонов способствуют следующие условия:

    наличие начального циклонического возмущения во внетропической зоне конвергенции;

    бароклинная неустойчивость, зависящая от горизонтального градиента температуры;

    достаточное для создания закручивающего эффекта значение силы Кориолиса;

    температура поверхности океана не менее 26°С ;

    конвективная неустойчивость атмосферы, благоприятная для проникающей конвекции.

Тайфуны, выходящие на Японское море и Приморский край, нередко регенерируют под влиянием притока холода в тыловую часть его из более северных районов. Вследствие этого тайфуны сохраняют свою мощь в течение длительного времени и проникают далеко на север вплоть до Охотского моря и полуострова Камчатки.

«Глаз бури» является феноменальным и загадочным явлением тропического циклона. В этой части практически полностью отсутствует облачность и резко уменьшается скорость ветра от 40 – 50 м/с до

3 – 5 м/с . Волнение моря принимает хаотический характер. Волны большие и неупорядоченные, имеют большую крутизну (толчея). Высота волн более 4 м .

Традиционно принято считать, что для «глаза бури» характерны нисходящие движения воздуха. Однако такое заключение не соответствует тому, что в циклоне восходящие потоки сходятся к центральной части и не могут не вызвать восходящего движения воздуха, скорость которого максимальна как раз в центральной части.

Основной причиной резкого уменьшения облачности центральной части тропического циклона является повышение температуры воздуха, обусловленное переносом тепла от поверхности океана в атмосферу восходящим потоком. Перенос тепла возрастает в результате сильного волнения водной поверхности. Вследствие этого значительно увеличивается площадь соприкосновения холодного воздуха с хорошо прогретой водой. По этой причине перенос тепла от океана максимален в центральной части циклона, где значения вертикальных скоростей движения воздуха максимальны.

В тропическом циклоне, также как и в циклоне умеренных широт, вертикальная скорость с высотой изменяется и достигает максимума в средней тропосфере. Поэтому в этой части тропосферы максимален конвективный приток тепла.

Повышение температуры воздуха в центральной части циклона на несколько градусов (от 5° до 15°С ) приводит к уменьшению водности в этой области и обусловливает испарение капель воды, т.е. рассеивание облаков.

Такова основная причина образования «глаза бури» в тропическом циклоне.

В основной части циклона, где формируется стена облаков, приток тепла от океана к атмосфере также играет некоторую роль. Однако в этой части температура поверхности океана ниже, чем в центральной части, и скорости восходящих потоков меньше. Поэтому приток тепла в этой части не столько значителен, чтобы существенно изменить водность кучево-дождевого облака, формирующегося в восходящем потоке.

Стадии развития . Тропические циклоны, как и циклоны умеренных широт проходит четыре стадии развития:

    Стадия формирования. В этой стадии давление в центре не менее 1000 гПа . Ветер умеренный. На этой стадии может быть 2 типа развития тропического циклона – медленный – несколько суток, и взрывной – в течение не более 12 ч .

    Стадия молодого циклона. Давление в центре менее 1000 гПа . Наблюдается ветер ураганной силы хотя бы в одной из частей этого циклона. На этой стадии, независимо от стадии развития, также возможны два типа развития:

    При первом типе после короткого периода ураганного ветра в одной из частей тропического циклона, он начинает заполняться, и затем длительное время существует в виде тропической депрессии.

    При втором типе развития циклон резко углубляется. Давление в центре резко уменьшается. Ураганные ветры образуют плотное кольцо облаков вокруг центра циклона. Из разрозненных шквальных облаков образуется стройная облачная система, состоящая из сходящихся у центра узких спиральных полос, которые охватывают еще небольшую область.

    Стадия зрелости. В этой стадии происходит прекращение падения давления в центре циклона . Скорость ветра больше не увеличивается, но зона ураганных ветров расширяется. Если на стадии молодого циклона ураганные ветры наблюдаются только в радиусе 30 – 50 км , то к концу стадии зрелости эта область составляет уже 300 – 350 км . Продолжительность этой стадии длится несколько дней.

    Стадия затухания Начало заполнения циклона означает переход его в стадию затухания. Чаще всего это происходит при перемещении циклона из зоны тропических широт и в зону западных ветров или при выходе на материк.

В зависимости от интенсивности тропические циклоны делятся на барические образования, приведенные в таблице 3.1.

Атмосферные возмущения внетропических широт – циклоны и антициклоны – возникают преимущественно на главных атмосферных фронтах, т. е. на фронтах между полярным (умеренным) и тропическим воздухом или между арктическим и полярным воздухом.

Лишь незначительная часть слаборазвитых и малоподвижных вихрей возникает под непосредственным тепловым воздействием ПП.

Возникновение на поверхности главных фронтов огромных волн с длинами порядка 1000 км и более может привести к разрыву температуры и ветра на фронте, а отклоняющая сила вращения Земли, действующая на воздушные потоки, способствует зарождению мезомасштабных вихрей – циклонов и антициклонов. При этом фронтальная поверхность и линия фронта на поверхности Земли испытывают волнообразные деформации. На одних участках (в гребнях волн) фронт отклоняется к низким широтам, а на других (в долинах фронтальных волн) – к высоким широтам. Воздушные течения при этом теряют зональный характер и возникают языки холодного и теплого воздуха – участки холодного и теплого фронтов. В долинах фронтальных волн развиваются циклонические движения и давление падает – образуются циклоны. Центральные части циклонов располагаются непосредственно на фронте, и фронт, таким образом, проходит через внутренние области циклонов. В передней части циклона фронт смещается к высоким широтам и имеет характер теплого фронта. В тыловой части циклона фронт перемещается к низким широтам и имеет характер холодного фронта. В то же время оба они являются участками одного и того же главного фронта. Свойственные фронтам системы облаков и осадков возникают и развиваются на соответствующих участках бывшего малоподвижного стационарного фронта (рис. 28).

Рисунок 9. Стадії циклону: а – молодого; б – оклюдованого.

Рис. 28. Стадии развития внетропического циклона:

а – малоподвижный фронт на приземной карте погоды; 6 – волновые возмущения на малоподвижном фронте; в – образование циклона на стационарной малоподвижном фронте; г – молодой циклон

Холодный фронт в углубляющемся циклоне движется быстрее теплого. Скорость перемещения холодного фронта составляет около 0,8 скорости геострофического ветра, а теплого – не более 0,65 ее величины. Вследствие этого несоответствия, во-первых, профиль волнообразного изгиба фронтальных поверхностей не будет симметричным: теплый и холодный фронты имеют выпуклость в одну сторону и, во-вторых, с ростом амплитуды возмущения теплый сектор циклона постоянно суживается, так как холодный фронт постепенно нагоняет теплый. В момент смыкания фронтов центральная часть циклона у земной поверхности заполняется холодным воздухом, а теплый воздух оттесняется в более высокие слои.

Это третья стадия развития циклона – стадия окклюзии. Стадия молодого циклона, длящаяся в среднем 12–24 ч, продолжается до тех пор, пока в центре циклона у земной поверхности остается теплый воздух.

Стадия окклюдировання циклона является стадией максимального развития: именно после начала се скорость ветра в циклоне достигает максимального значения. В это время у подстилающей поверхности в циклоне наблюдается наиболее низкое давление и циклон становится высоким холодным барическим образованием. В дальнейшем наступает последняя (четвертая) стадия развития циклона – стадия заполнения: атмосферное давление растет, скорость ветра уменьшается и возмущение постепенно затухает.

Рассмотренная схема развития внетропических циклонов является типичной, но не обязательной во всœех случаях. Зарождение циклонов возможно не только на стационарных, но и на медленно перемещающихся холодных, а иногда и теплых фронтах. Вместе с тем, после начала окклюдирования не обязательно следует стадия заполнения циклона. В случае если после окклюзии в циклоне остается некоторая вторичная термическая асимметрия вследствие разности температур холодного воздуха перед и за фронтом окклюзии, то возможно продолжение углубления циклона и после окклюдирования. Особенно часто это наблюдается тогда, когда холодный воздух в тылу циклона теплее, чем в передней части циклона.

Наиболее глубокие внетропические (фронтальные) циклоны со штормовыми ветрами возникают в тех случаях, когда в процессе циклогенеза участвуют воздушные массы трех базовых типов: тропического, полярного и арктического. К примеру, в случае если центр молодого циклона, зародившегося на полярном фронте, оказывается вблизи арктического фронта͵ то арктический воздух входит в область циклона и усиливает его термический контраст. В этом случае циклоны характеризуются особенной глубиной, большими барическими градиентами и соответствующими скоростями ветра. Такие циклоны чаще всœего зарождаются в осœенне-зимний период над Северной Атлантикой.

С процессом циклогенеза тесно связан и механизм развития антициклонов. По существу это единый процесс, связанный с длинными волнами на стационарном фронте.